课程设计任务书
学生姓名：专业班级：
指导教师：工作单位：
题目: 直流斩波PWM控制Matlab仿真
初始条件：
输入200V直流电压。
要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）
1、要求得到0~100V直流电压。
2、在Matlab/simulink中建立电路仿真模型；
3、对电路进行仿真；
4、得到结果并对结果进行分析；
时间安排：
课程设计时间为两周，将其分为三个阶段。
第一阶段：复习有关知识，阅读课程设计指导书，搞懂原理，并准备收集设计资料，此阶段约占总时间的20%。
第二阶段：根据设计的技术指标要求选择方案，设计计算。
第三阶段：完成设计和文档整理，约占总时间的40%。
指导教师签名：年月日
系主任（或责任教师）签名：年月日
目录
摘要 (1)
1 概述及设计要求 (2)
1.1 概述 (2)
1.2 设计要求 (2)
2 降压斩波电路拓扑分析 (3)
2.1 降压斩波器基本拓扑 (3)
2.2 buck开关型调整器拓扑分析 (3)
2.3 降压斩波电路的重要参数计算方法 (4)
2.3.1 buck调整器的效率 (4)
2.3.2 buck调整器的理想开关频率 (4)
2.3.3 输出滤波电感的选择 (5)
2.3.4 输出滤波电容的选择 (5)
3 电路设计 (6)
3.1 buck主电路设计 (6)
3.2 脉宽调制电路设计 (7)
3.3 MOS管驱动电路设计 (8)
3.4 系统工作总电路 (8)
4 Matlab建模仿真及分析 (9)
4.1 Matlab仿真模型的建立 (9)
4.2 Matlab仿真结果及分析 (10)
结束语 (14)
参考文献 (15)
摘要
随着电力电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多。电子设备的小型化和低成本化使电源向轻，薄，小和高效率方向发展。开关电源因其体积小、重量轻和效率高的优点而在各种电子信息设备中得到广泛的应用。伴随着人们对开关电源的进一步升级，低电压，大电流和高效率的开关电源成为研究趋势。
DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压 也称为直流斩波。斩波电路主要用于电子电路的供电电源。斩波电路主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。斩波器的工作方式有脉宽调制方式（Ts不变改变ton）和频率调制方式（ton不变改变Ts）两种。前者较为通用，后者容易产生干扰。
本次设计要求对直流斩波电路进行Matlab仿真，得到仿真结果，并加以分析，利用Matlab的sinulink工具箱来完成仿真任务。若想得到稳定的电压输出，要进一步研究PWM调节方式，通过施加反馈系统，得到稳定的输出电压。
关键字：降压斩波 Matlab仿真 PWM调节
1 概述及设计要求
1.1 概述
在电力电子技术中，将直流电的一种电压值通过电力电子变换装置变换为另一种固定或可调电压值的变换，称为直流—直流变换。直流变换电路的用途非常广泛，包括直流电动机传动、开关电源、单相功率因数校正，以及用于其他领域的交直流电源。
直流斩波PWM控制技术是采用脉宽调制技术通过对开关管的通断的占空比的控制来达到改变输出电压的目的。基本的拓扑结构包括降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路，其中降压斩波电路（buck）和升压斩波电路（boost）是应用最多也是最广泛的。根据本设计的设计指标要求，下面将对降压斩波电路进行原理图的设计及利用matlab软件进行仿真验证。
1.2 设计要求
本设计要求输入200V直流电压，采用PWM斩波控制技术，得到得到0~100V直流电压。并且建立Matlab仿真模型，对电路进行分析，得到结果并对结果进行分析。
2 降压斩波电路拓扑分析
根据题目要求，本设计采用降压斩波电路进行设计，利用PWM 控制技术实现题目所要求的指标。
2.1 降压斩波器基本拓扑
图1 buck 电路基本拓扑
Buck 斩波电路如下图1所示，假设电路中电感L 值、电容C 值很大，当可控开关V 开通时，电源E 向负载供电，负载电压0U =E ，负载电流0i 按指数曲线上升。当可控开关V 关闭时，负载电流经二极管VD 续流，负载电压0U 近似为零，负载电流0i 按指数曲线下降。当电路工作于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等，设V 通的时间为
t on ，。V 关断的时间为off t ，则负载电压的平均值为
其中T 为开关周期，a 为导通占空比。
2.2 buck 开关型调整器拓扑分析
图2 buck 开关型调整器结构图0
on on on off
t t U E aE
t t T
===+
对于图2所示的buck 基本拓扑，属于开环控制，实际应用中如果出现电网波动，可能造成输出电压不稳，无法正常工作。而加入如图2-2所示的反馈调节电路，可是输出电压稳定。反馈过程如下：采样电阻R1和R2检测出0U ，并将其输入误差放大器（EA ）与参考电压ref V 进行比较。被放大的误差电压ea V 被输入到电压比较器PWM 中。PWM 比较器的另一端输入是周期为T 的锯齿波，其幅值一般为3V 。PWM 电压比较器产生矩形波脉冲（从锯齿波起点开始到锯齿波与误差放大器输出电压交点结束）。因此，PWM 输出的脉冲宽度
on T 与误差放大器输出电压成比例。PWM 脉冲输入到电流放大器并以负反馈方式控制开关管Q1的通断。若输入电压E 稍升高，则EA 输出电压ea V 将降低使锯齿波与ea V 交点提前，Q1导通时间on T 将缩短使输出电压0/on U ET T =维持不变，同理，当E 下降时，on T 增大，使0U 维持稳定。
2.3 降压斩波电路的重要参数计算方法
2.3.1 buck 调整器的效率
针对图2-2所示拓扑结构，分析buck 调整器的效率如下：
电路的所有损耗只是Q1和D1的导通损耗加上Q1的交流开关损耗。Q1导通瞬间，Q1上升电流和下降电压有重叠，会造成导通损耗。而在Q1关断瞬间，下降电流和上升电压有重叠，会造成关断损耗。设直流输出电流为0I ，由于在很宽的电流范围内，Q1和D1的导通压降近似为1V ，所以导通损耗可表达为
若忽略交流开关损耗，则效率为
此公式是用于粗略的估计buck 电路的效率，如果需要精确计算buck 电路的效率，则还需进一步的计算交流开关损耗及了解开关管的工作状态。
2.3.2 buck 调整器的理想开关频率
buck 调整器的开关频率的选择问题有两面需要考虑，一方面，适当的提高开关频率，可以减小电感和电容的体积，但另一方面，因为交流损耗与开关周期T 成反比。缩短周
000
(1)(1)111off on
s T T P L Q L D I I I T T
=+=+=0000
00000P fficiency=
P P 11
s V I V E V I I V ==+++
期会使损耗增大，则开关管需要更大的散热器以限制其升温。综上所述，开关管的开关频率不宜过高，一般在数十Hz 到数百Hz 之间。
2.3.3 输出滤波电感的选择
电感的大小选取对电路的性能影响很大，它决定了buck 电路是工作在连续模式和不连续模式，对于有些带buck 型输出滤波器的拓扑会在不连续模式下出现问题。一般设计电感值时，应保证直到输出最小规定电流的十分之一时，电感电流也保持连续。 同时要保证电感在电流稍大时不出现明显饱和。计算公式如下：
n E 为输入电压额定值，on I 为输出电流额定值
2.3.4 输出滤波电容的选择
图3 非理想电容等效电路图
实际所用电容并非理想电容，它可以等效为电阻0R 和0L 与其串联等效，0R 称为等效串联电阻（ESR ）, 0L 称为等效串联电感（ESL ），在300KHz 一下频率0L 可以被忽略，输出纹波仅由0R 和0C 决定。0R 决定的纹波分量与电感斜坡峰-峰值成正比，而由0C 决定的纹波分量与流过0C 电流的积分成正比。为估算纹波分量并选择电容，必须要知道0R 的值。一般近似认为0R 0C 的值近似为常数，为50~80?610-
一般先假设出电阻纹波分量or V ，再由以下公式计算出0R
然后根据0R 0C 的平均值（通常取65?610-）来求解0C ，即
005()n n on
E V V T L E I -=
00.2or
on
V R I =
6
00
6510C F
R -?=
3 电路设计
图4 系统结构框图
3.1 buck 主电路设计
图5 buck 主电路原理图
降压斩波电路，电路工作在开关切换状态，所以二极管要选用快恢复二极管或肖特基二极管，本设计选用MUR8100，它的反向阻断恢复时间仅为50ns ，完全满足设计要求。 由于本设计只对电压有要求，而对电流和功率均无要求，所以对于电感和滤波电容的选取条件较为宽松，对于电感参数的确定，假设额定输出电流0I =10A ，开关频率选为50K ，则T=0.02s 则：
在此选用680uH 的电感。电容参数的设计过程如下：假设由电容等效串联电阻引起的纹波电压为100mV ，则由公式可得：
005()5(200100)1000.02
50020010
n n on E V V T L uH
E I --?=
==?0
0.10.050.20.210
or on V R I ===?600
65101300C F uF
R -?==
本设计中考虑裕量，选用2000uF 的电容，且采用两个1000uF 的电容进行并联，可降低电容的等效串联电阻，进而减小由等效串联电阻引起的纹波。
3.2 脉宽调制电路设计
图6 脉宽调制电路设计
本设计选用TL494作为脉宽调制电路的主要芯片，TL494是一种固定频率脉宽调制电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可以通过外部的一个电阻和一个电容进行调节。此外内部集成了两个误差放大器，功率输出管Q1和Q2受控于或非门。当双稳触压器的时钟信号为低电平时才会被通过，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。当控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小。如图6所示电路，TL494共有两个误差放大器，当只使用其中一个时，要将另一个误差放大器的反相输入端引脚接高电平，同相输入端引脚接低电平，这样可将此误差放大器屏蔽掉，避免影响工作的误差放大器。（因为两个误差放大器连接方式为输出端接二极管后相连的结构）。此外，在本设计中， 利用5R 、3R 、6C 与误差放大器构成PI 调节器， 可以进一步减小输入电压与参考电压的偏差，更好地起到输出电压追踪参考电压的作用。工作过程为：设置参考电压，将采样回来的电压与参考电压输入误差放大器，误差放大器输出的偏差电压与振荡器产生的锯齿波进行比较，不同的偏差电压与锯齿波的交点不同，这样就形成了不同占空比的PWM 波用于驱动开关管，偏差电压越小，则占空比越大，形成负反馈调节，维持输出电压稳定。其中振荡频率由T R 和T C 决定，由公式计算得：
31.1 1.1
f =
=10200.01 5.6
T T KHz R C ?≈?
3.3 MOS管驱动电路设计
图7 MOS管驱动电路设计
当设计中用IGBT或功率MOSFET时，通常需要设计MOS管驱动电路，IR2110驱动芯片采用高压浮动驱动方式，特别适用于驱动桥式电路，采用自举法实现高压浮动栅极双通道驱动，因此可以驱动500 V以内的同一相桥臂的上下两个开关管，减小了装置体积，节省了成本。它允许驱动信号的电压上升率达±50 V/μs，极大地减小了功率开关器件的开关损耗，图腾柱输出电压可达2A,基本满足常用功率MOS管的驱动功率要求。
3.4 系统工作总电路
图8 系统工作电路图
4 Matlab 建模仿真及分析
4.1 Matlab 仿真模型的建立
本设计借助于Matlab 的sinulink 工具箱来实现buck 电路的建模。图9为未带反馈的buck 电路模型图。
图9为未带反馈的buck 电路模型图。
该电路中开关器件用IGBT ，控制IGBT 的波形由PWM 脉冲生成器Pulse Generator 产生，Pulse Generator 在Simulink Library Browser 的Simulink 下拉菜单Sources 类别中。在绘制仿真图时，打开Simulink Library Browser ，可以在分类菜单中查找所需元件，也可以直接在查找栏中输入元件名称，如Pulse Generator ，双击查找。找到元件后直接将其拖到新建Model 文件窗口中即可。IGBT 和二极管，选择SimPowerSystems 下拉菜单Power Electronics 类别中的IGBT 和Diode 。电阻、电感和电容元件，选择SimPowerSystems 下拉菜单Elements 类别中的Series RLC Branch ，放入窗口后，双击该图标，在Branch Type 中选择相应类型，如电阻选R ，电感选L ，电容选C ，选择完毕后单击OK 按钮。放齐元件后，按升降压斩波电路原理图连接电路，为了方便观察输出，应在输出端加上电压测量装置Voltage Measurement ，并在Simulink 下拉菜单Commonly Used Blocks 类别中选择Scope ，即示波器，以观测输出电压波形。在不带反馈的Buck 模型下，记录下仿真的输出电压波形。
Continuous
powergui
v +-
Voltage Measurement
Series RLC Branch2Series RLC Branch1
Series RLC Branch
Scope
Pulse
Generator
g m C
E
IGBT/Diode
Diode
DC Voltage Source
Continuous powergui
v
+-
Voltage Measurement
Switch
Series RLC Branch2
Series RLC Branch1
Series RLC Branch
Scope5
Scope4
Scope3
Scope2
Scope1
Scope
Repeating Sequence
Pulse Generator
g m C
E
IGBT/Diode Diode DC Voltage Source
i +
-
Current Measurement3
i +-Current Measurement1
i +-
Current Measurement 0
Constant2
1
Constant1
100Constant
图10 带反馈buck 电路模型图
本模型的建立利用PWM 控制原理，利用simulink 库里面的减法器模拟误差放大器，在constant 模块里设定的常数模拟参考电压，因simulink 中没有专门的比较器，故利用一个减法器和一个选择开关模拟比较器，结合buck 开环模型构成了带反馈自调整的buck 模型。
4.2 Matlab 仿真结果及分析
因为输入电压为200伏，仿真过程中控制占空比为50%，则输出电压为100V,下面将对输出电压为100V 时，未加反馈和加反馈的buck 电路进行对比分析。
图11 未加反馈的仿真结果图
图12 加反馈的仿真结果图
将图11和图12进行对比可得出，两个电路在启动时会有短暂的过电压过程，这在设计电路时要加过压保护电路。且过电压峰值基本相同，说明施加反馈的过程中没有改变超调量，但可以看出，施加反馈环节大大地缩短了输出电压的调节时间，且使输出更稳定，所以，在实际应用中，我们要尽量设计闭环系统，开环系统往往对干扰的抑制能
力有限，容易造成系统的不稳定。适当的施加恰当的反馈，有利于改善系统的动态性能，同时提高系统的稳定性。
图13 流过电感的电流波形
图14 流过二极管的电流波形
图15 输出电流波形
对比以上三幅图，图13为流过电感的电流波形，当开关管导通时，导通压降为零，加在电感上的电压就为输入与输出电压之差，由于电感上的电压恒定，所以流过电感的电流线性上升，且斜率为00/()/i dI dT U U L =-，使得电感电流为右阶梯的斜坡。而图14所示为续流二极管的电流波形，当开关管关断时，电流转移流向二极管，此时电感两端电压的极性相反，电感中的电流线性下降且斜率为00/(1)/dI dT U L =+，所以波形为图14所示的下降的阶梯斜坡。
由电路工作过程分析及三幅波形图的对比可得出输出电流的波形就是流过电感和续流二极管的电流波形叠加的结果。
结束语
通过本次做电力电子课程设计，我收获颇丰。我比较喜欢动手做东西，此次分到的题目是一个仿真的题目。但是凭着对电子设计的兴趣，我做了原理图的设计和Matlab 的仿真两个方面，我的题目是做个降压斩波的设计，相对来说比较简单，但是实际操作起来也遇到了很多问题。比如PWM控制过程具体是怎么实现的，还有Matlab仿真怎么建立反馈模型等，我通过向别人请教，在网上和相关书籍上搜寻资料，一一克服了遇到的困难。
从设计的过程中，我学会了好多知识，好多只有实践才能获得的宝贵的财富。包括Altium designer软件和Matlab软件的使用，以及斩波电路的设计过程，如何根据一个具体的指标来进行设计等。
此外，因为时间有点紧，没来得及做实物，有点小遗憾。而且，还有好多东西没有学会，比如了解了滤波电感和电容的计算，但是怎么自己亲手绕电感，具体实践起来参数怎么设计还是没有学会，不过，我有信心在接下来的时间里，解开这些疑惑。通过这次课设，我再一次深切的感受到动手时间和理论结合的重要意义。
参考文献
[1]路秋生.《电力电子技术》.机械工业出版社
[2]王水平.《DC/DC变换器集成电路及应用》.西安电子科技大学出版社
[3]普利斯曼.《开关电源设计》.电子工业出版社
[4]魏克新，王云亮. 《MATLAB语言与自动控制系统设计》.机械工业出版社
[5]周建兴.《MATTAB从入门到精通》.人民邮电出版社
四轴飞行器的建模与仿真 摘要 四旋翼飞行器是一种能够垂直起降的多旋翼飞行器,它非常适合近地侦察、监视的任务,具有广泛的军事和民事应用前景。本文根据对四旋翼飞行器的机架结构和动力学特性做详尽的分析和研究,在此基础上建立四旋翼飞行器的动力学模型。四旋翼飞行器有各种的运行状态,比如:爬升、下降、悬停、滚转运动、俯仰运动、偏航运动等。本文采用动力学模型来描述四旋翼飞行器的飞行姿态。在上述研究和分析的基础上,进行飞行器的建模。动力学建模是通过对飞行器的飞行原理和各种运动状态下的受力关系以及参考牛顿-欧拉模型建立的仿真模型，模型建立后在Matlab/simulink软件中进行仿真。 关键字:四旋翼飞行器,动力学模型，Matlab/simulink Modeling and Simulating for a quad-rotor aircraft ABSTRACT The quad-rotor is a VTOL multi-rotor aircraft. It is very fit for the kind of reconnaissance mission and monitoring task of near-Earth, so it can be used in a wide range of military and civilian applications. In the dissertation, the detailed analysis and research on the rack structure and dynamic characteristics of the laboratory four-rotor aircraft is showed in the dissertation. The dynamic model of the four-rotor aircraft areestablished. It also studies on the force in the four-rotor aircraft flight principles and course of the campaign to make the research and analysis. The four-rotor aircraft has many operating status, such as climbing, downing, hovering and rolling movement, pitching movement and yawing movement. The dynamic model is used to describe the four-rotor aircraft in flight in the dissertation. On the basis of the above analysis, modeling of the aircraft can be made. Dynamics modeling is to build models under the principles of flight of the aircraft and a variety of state of motion, and Newton - Euler model with reference
课程设计报告 题目PID控制器应用 课程名称控制系统仿真院部名称龙蟠学院 专业自动化 班级M10自动化 学生姓名 学号 课程设计地点 C208 课程设计学时一周 指导教师应明峰 金陵科技学院教务处制成绩
一、课程设计应达到的目的 应用所学的自动控制基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行控制系统的初步设计。 应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。 二、课程设计题目及要求 1．单回路控制系统的设计及仿真。 2．串级控制系统的设计及仿真。 3．反馈前馈控制系统的设计及仿真。 4．采用Smith 补偿器克服纯滞后的控制系统的设计及仿真。 三、课程设计的内容与步骤 (1)．单回路控制系统的设计及仿真。 （a）已知被控对象传函W(s) = 1 / (s2 +20s + 1)。 （b）画出单回路控制系统的方框图。 （c）用MatLab的Simulink画出该系统。
（d）选PID调节器的参数使系统的控制性能较好，并画出相应的单位阶约响应曲线。注明所用PID调节器公式。PID调节器公式Wc（s）=50(5s+1)/(3s+1) 给定值为单位阶跃响应幅值为3。 有积分作用单回路控制系统PID控制器取参数分别为：50 2 5 有积分作用单回路控制系统PID控制器取参数分别为：50 0 5
大比例作用单回路控制系统PID控制器取参数分别为：50 0 0 （e）修改调节器的参数，观察系统的稳定性或单位阶约响应曲线，理解控制器参数对系统的稳定性及控制性能的影响？ 答：由上图分别可以看出无积分作用和大比例积分作用下的系数响应曲线，这两个PID调节的响应曲线均不如前面的理想。增大比例系数将加快系统的响应，但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏；
目录 一、降压式直流斩波电路（Buck） (1) 1 原理图 (1) 2 建立仿真模型 (1) 3 仿真波形 (5) 4 小结 (6) 二、升压式直流斩波电路（Boost） (7) 1 原理图 (7) 2建立仿真模型 (7) 3 仿真波形 (8) 4 小结 (9)
一、 降压式直流斩波电路（Buck ） 1 原理图 在控制开关IGBT 导通t on 期间，二极管VD 反偏，电源E 通过电感L 向负载R 供电，此间i L 增加，电感L 的储能也增加，导致在电感两端有一个正向电压Ul=E-u 0，左正右负，这个电压引起电感电流i L 的线性增加。 在控制开关IGBT 关断t off 期间，电感产生感应电势，左负右正，使续流二极管VD 导通，电流i L 经二极管VD 续流，u L =-u 0，电感L 向负载R 供电，电感的储能逐步消耗在R 上，电流i L 线性下降，如此周而复始周期变化。如图1-1。 + -U0E 图1 -1降压式直流斩波电路的电路原理图 2 建立仿真模型 根据原理图用MATLAB 软件画出正确的仿真电路图，如图2。
图1-2降压式直流斩波电路的MATLAB仿真模型 仿真参数，算法（solver）ode15s，相对误差（relativetolerance）1e-3，开始时间0.0结束时间2.0如图1-3。 图1-3 仿真时间参数 电源参数，电压100v，如图1-4。
图1-4 交流电源参数晶闸管参数，如图1-5。 图1-5 晶闸管参数电感参数，如图1-6。 图1-6 电感参数
电阻参数，如图1-7。 图1-7 电阻参数二极管参数设置，如图1-8。 图1-8 二极管参数电容参数设置，如图1-9。
实验一 MATLAB 及仿真实验（控制系统的时域分析） 一、实验目的 学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性； 二、预习要点 1、 系统的典型响应有哪些？ 2、 如何判断系统稳定性？ 3、 系统的动态性能指标有哪些？ 三、实验方法 （一） 四种典型响应 1、 阶跃响应： 阶跃响应常用格式： 1、)(sys step ；其中sys 可以为连续系统，也可为离散系统。 2、),(Tn sys step ；表示时间范围0---Tn 。 3、),(T sys step ；表示时间范围向量T 指定。 4、),(T sys step Y =；可详细了解某段时间的输入、输出情况。 2、 脉冲响应： 脉冲函数在数学上的精确定义：0 ,0)(1)(0 ?==?∞ t x f dx x f 其拉氏变换为：) ()()()(1)(s G s f s G s Y s f === 所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。 脉冲响应函数常用格式： ① )(sys impulse ； ② ); ,();,(T sys impulse Tn sys impulse ③ ),(T sys impulse Y = （二） 分析系统稳定性 有以下三种方法： 1、 利用pzmap 绘制连续系统的零极点图； 2、 利用tf2zp 求出系统零极点； 3、 利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点 （三） 系统的动态特性分析 Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.
第 4 章 MatLab 的程序设计 MatLab 是一个工具、开发平台，同时它也是一门编程语言。与在命令窗口用交互的方式工作相比，通过程序运行来解决实际问题，其效率更高，因此，凡是复杂的、大型的应用都是以程序的方式执行。相对其它高级语言， MatLab 更简单、编程的效率更高、调试过程也更容易。 MatLab 中的程序文件是以 m 为后缀，所以通常将 MatLab 的程序文件称为 m 文件。MatLab提供了两种形式的m文件，即：脚本（Script）式m文件（就简称m文件）、函数型 m 文件。在 MatLab 中已经嵌入了一个功能强大的集成开发环境—— m 文件编辑器，用它来进行程序的编辑、修改、调试、运行等，完成应用开发工作。 4.1 MatLab 程序设计基础 通过前面内容的学习，大家对 MatLab 已经有了一个初步的认识和印象，到目前为止，我们都是在“命令”窗口中，以交互的方式运行，完成我们的工作。实际上简单的m 文件，就是一个批处理程序，它是若干条命令的集合。 例： 4.1.1 M 文件规则和属性 函数 M 文件必须遵循一些特定的规则。除此之外，它们有许多的重要属性，这其中包括： 1. 函数名和文件名必须相同。例如，函数 fliplr 存储在名为 fliplr.m 文件中。 2. MATLAB 头一次执行一函数个 M 文件时，它打开相应的文本文件并将命令编辑成存储器的内部表示，以加速执行以后所有的调用。如果函数包含了对其它函 数 M 文件的引用，它们也同样被编译到存储器。普通的脚本 M 文件不被编译，即使它们是从函数 M 文件内调用；打开脚本 M 文件，调用一次就逐行进行注释。 3. 在函数 M 文件中，到第一个非注释行为止的注释行是帮助文本。当需要帮助时，返回该文本。例如， ? help fliplr 返回上述前八行注释。 4. 第一行帮助行，名为 H1 行，是由 lookfor 命令搜索的行。 5. 函数可以有零个或更多个输入参量。函数可以有零个或更多个输出参量。
BUCK 电路闭环PID 控制系统 的MATLAB 仿真 一、课题简介 BUCK 电路是一种降压斩波器，降压变换器输出电压平均值Uo 总是小于输入电压U i 。通常电感中的电流是否连续，取决于开关频率、滤波电感L 和电容C 的数值。 简单的BUCK 电路输出的电压不稳定，会受到负载和外部的干扰，当加入PID 控制器，实现闭环控制。可通过采样环节得到PWM 调制波，再与基准电压进行比较，通过PID 控制器得到反馈信号，与三角波进行比较，得到调制后的开关波形，将其作为开关信号，从而实现BUCK 电路闭环PID 控制系统。 二、BUCK 变换器主电路参数设计 2.1设计及内容及要求 1、 输入直流电压(VIN)：15V 2、 输出电压(VO)：5V 3、 输出电流(IN)：10A 4、 输出电压纹波峰-峰值 Vpp ≤50mV 5、 锯齿波幅值Um=1.5V 6、开关频率(fs)：100kHz 7、采样网络传函H(s)=0.3 8、BUCK 主电路二极管的通态压降VD=0.5V ，电感中的电阻压降VL=0.1V ，开关管导通压降 VON=0.5V,滤波电容C 与电解电容 RC 的乘积为 F *Ωμ75
2.2主电路设计 根据以上的对课题的分析设计主电路如下： 图2-1 主电路图 1、滤波电容的设计 因为输出纹波电压只与电容的容量以及ESR 有关， rr rr C L N 0.2V V R i I == ? （1） 电解电容生产厂商很少给出ESR ，但C 与R C 的乘积趋于常数，约为50~80μ*ΩF [3]。在本课题中取为75μΩ*F ，由式(1)可得R C =25mΩ，C =3000μF 。 2、滤波电感设计 开关管闭合与导通状态的基尔霍夫电压方程分别如式(2)、(3)所示： IN O L ON L ON /V V V V L i T ---=?（2） O L D L OFF /V V V L i T ++=? （3） off 1/on s T T f += (4) 由上得： L in o L D on V V V V L T i ---=? (5) 假设二极管的通态压降V D =0.5V ，电感中的电阻压降V L =0.1V ，开关管导通压降V ON =0.5V 。利用ON OFF S 1T T f +=，可得T ON =3.73μS ，将此值回代式(5)，可得L =17.5μH
增量式PID 控制算法的MATLAB 仿真 PID 控制的原理 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID 控制，又称PID 调节。PID 控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID 控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象,或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID 控制技术。PID 控制，实际中也有PI 和PD 控制。PID 控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 一、 题目：用增量式PID 控制传递函数为G(s)的被控对象 G （s ）=5/(s^2+2s+10), 用增量式PID 控制算法编写仿真程序（输入分别为单位阶跃、正弦信号，采样时间为1ms ，控制器输出限幅：[-5,5],仿真曲线包括系统输出及误差曲线，并加上注释、图例）。程序如下 二、 增量式PID 原理 { U(k)= ?u(k)+ U(k-1) 或 { U(k)= ?u(k)+ U(k-1) 注：U(k)才是PID 控制器的输出 三、 分析过程 1、对G(s)进行离散化即进行Z 变换得到Z 传递函数G(Z)； 2、分子分母除以z 的最高次数即除以z 的最高次得到； )]}2()1(2)([)()]1()({[)(-+--++ --=?n n n T T n T T n n K n U D I P O εεεεεε)] 2()1(2)([)(i )]1()([)(-+--++--=?n n n Kd n K n n K n U P O εεεεεε
一、 控制系统的模型与转换 1． 请将下面的传递函数模型输入到matlab 环境。 ]52)1)[(2(24)(322 33++++++=s s s s s s s G ) 99.02.0)(1(568 .0)(22+--+=z z z z z H ，T=0.1s >> s=tf('s'); G=(s^3+4*s+2)/(s^3*(s^2+2)*((s^2+1)^3+2*s+5)); G Transfer function: s^3 + 4 s + 2 ------------------------------------------------------ s^11 + 5 s^9 + 9 s^7 + 2 s^6 + 12 s^5 + 4 s^4 + 12 s^3 >> num=[1 0 0.56]; den=conv([1 -1],[1 -0.2 0.99]); H=tf(num,den,'Ts',0.1) Transfer function: z^2 + 0.56 ----------------------------- z^3 - 1.2 z^2 + 1.19 z - 0.99 2． 请将下面的零极点模型输入到matlab 环境。请求出上述模型的零极点，并绘制其位置。 )1)(6)(5()1)(1(8)(22 +++-+++=s s s s j s j s s G ) 2.8() 6.2)(2.3()(1 511-++=----z z z z z H ，T=0.05s >>z=[-1-j -1+j]; p=[0 0 -5 -6 -j j]; G=zpk(z,p,8) Zero/pole/gain: 8 (s^2 + 2s + 2) -------------------------- s^2 (s+5) (s+6) (s^2 + 1) >>pzmap(G)
动态系统建模仿真实验报告（2） 四旋翼飞行器仿真 姓名： 学号： 指导教师： 院系： 2014.12.28
1实验容 基于Simulink建立四旋翼飞行器的悬停控制回路，实现飞行器的悬停控制； 建立GUI界面，能够输入参数并绘制运动轨迹； 基于VR Toolbox建立3D动画场景，能够模拟飞行器的运动轨迹。 2实验目的 通过在 Matlab 环境中对四旋翼飞行器进行系统建模，使掌握以下容： 四旋翼飞行器的建模和控制方法 在Matlab下快速建立虚拟可视化环境的方法。 3实验器材 硬件：PC机。 工具软件：操作系统：Windows系列；软件工具：MATLAB及simulink。 4实验原理 4.1四旋翼飞行器 四旋翼飞行器通过四个螺旋桨产生的升力实现飞行，原理与直升机类似。四个旋翼位于一个几何对称的十字支架前，后，左，右四端，如图 1 所示。旋翼由电机控制；整个飞行器依靠改变每个电机的转速来实现飞行姿态控制。 图1四旋翼飞行器旋转方向示意图
在图 1 中， 前端旋翼 1 和后端旋翼 3 逆时针旋转， 而左端旋翼 2 和右端的旋翼 4 顺时针旋转， 以平衡旋翼旋转所产生的反扭转矩。 由此可知， 悬停时， 四只旋翼的转速应该相等，以相互抵消反扭力矩；同时等量地增大或减小四只旋翼的转速，会引起上升或下降运动；增大某一只旋翼的转速，同时等量地减小同组另一只旋翼的转速，则产生俯仰、横滚运动；增大某一组旋翼的转速，同时等量减小另一组旋翼的转速，将产生偏航运动。 4.2建模分析 四旋翼飞行器受力分析,如图 2 所示 图2四旋翼飞行器受力分析示意图 旋翼机体所受外力和力矩为： 重力mg , 机体受到重力沿w z -方向； 四个旋翼旋转所产生的升力i F (i= 1 , 2 , 3 , 4)，旋翼升力沿b z 方向； 旋翼旋转会产生扭转力矩i M (i= 1 , 2 , 3 , 4)。i M 垂直于叶片的旋翼平面，与旋转矢量相反。 力模型为：2i F i F k ω= ，旋翼通过螺旋桨产生升力。F k 是电机转动力系数， 可取826.1110/N rpm -?，i ω为电机转速。旋翼旋转产生旋转力矩Mi(i=1,2,3,4)，
MATLAB控制系统与仿真 课 程 设 计 报 告 院（系）：电气与控制工程学院 专业班级：测控技术与仪器1301班 姓名：吴凯 学号：1306070127
指导教师：杨洁昝宏洋 基于MATLAB的PID恒温控制器 本论文以温度控制系统为研究对象设计一个PID控制器。PID控制是迄今为止最通用的控制方法，大多数反馈回路用该方法或其较小的变形来控制。PID控制器（亦称调节器）及其改进型因此成为工业过程控制中最常见的控制器(至今在全世界过程控制中用的84%仍是纯PID调节器，若改进型包含在内则超过90%)。在PID控制器的设计中，参数整定是最为重要的,随着计算机技术的迅速发展，对PID参数的整定大多借助于一些先进的软件，例如目前得到广泛应用的MATLAB仿真系统。本设计就是借助此软件主要运用Relay-feedback法，线上综合法和系统辨识法来研究PID控制器的设计方法，设计一个温控系统的PID控制器，并通过MATLAB中的虚拟示波器观察系统完善后在阶跃信号下的输出波形。 关键词：PID参数整定；PID控制器；MATLAB仿真。 Design of PID Controller based on MATLAB Abstract This paper regards temperature control system as the research object to design a pid controller. Pid control is the most common control method up until now; the great majority feedback loop is controlled by this method or its small deformation. Pid controller (claim regulator also) and its second generation so become the most common controllers in the industry process control (so far, about 84% of the controller being used is the pure pid controller, it’ll exceed 90% if the second generation included). Pid parameter setting is most important in pid controller designing, and with the rapid development of the computer technology, it mostly recurs to some advanced software, for example, mat lab simulation software widely used now. this design is to apply that soft mainly use Relay feedback law and synthetic method on the line to study pid
《MATLAB与控制系统仿真》 实验报告 班级： 学号： 姓名： 时间：2013 年 6 月
目录实验一 MATLAB环境的熟悉与基本运算（一）实验二 MATLAB环境的熟悉与基本运算（二）实验三 MATLAB语言的程序设计 实验四 MATLAB的图形绘制 实验五基于SIMULINK的系统仿真 实验六控制系统的频域与时域分析 实验七控制系统PID校正器设计法 实验八线性方程组求解及函数求极值
实验一 MATLAB环境的熟悉与基本运算（一） 一、实验目的 1．熟悉MATLAB开发环境 2．掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算 二、实验基本原理 1.熟悉MATLAB环境: MATLAB桌面和命令窗口、命令历史窗口、帮助信息浏览器、工作空间浏览器、文件和搜索路径浏览器。 2.掌握MA TLAB常用命令 表1 MA TLAB常用命令 3.MATLAB变量与运算符 3．1变量命名规则 3．2 MATLAB的各种常用运算符 表3 MATLAB关系运算符 表4 MATLAB逻辑运算符
| Or 逻辑或 ~ Not 逻辑非 Xor 逻辑异或 符号功能说明示例符号功能说明示例 ：1:1:4;1:2:11 . ；分隔行.. ，分隔列… （）% 注释 [] 构成向量、矩阵！调用操作系统命令 {} 构成单元数组= 用于赋值 4.MATLAB的一维、二维数组的寻访 表6 子数组访问与赋值常用的相关指令格式 三、主要仪器设备及耗材 计算机 四．实验程序及结果 1、新建一个文件夹（自己的名字命名，在机器的最后一个盘符） 2、启动MATLAB，将该文件夹添加到MATLAB路径管理器中。 3、学习使用help命令。
课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: 直流斩波PWM控制Matlab仿真 初始条件： 输入200V直流电压。 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、要求得到0~100V直流电压。 2、在Matlab/simulink中建立电路仿真模型； 3、对电路进行仿真； 4、得到结果并对结果进行分析； 时间安排： 课程设计时间为两周，将其分为三个阶段。 第一阶段：复习有关知识，阅读课程设计指导书，搞懂原理，并准备收集设计资料，此阶段约占总时间的20%。 第二阶段：根据设计的技术指标要求选择方案，设计计算。 第三阶段：完成设计和文档整理，约占总时间的40%。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 摘要 (1) 1 概述及设计要求 (2) 1.1 概述 (2) 1.2 设计要求 (2) 2 降压斩波电路拓扑分析 (3) 2.1 降压斩波器基本拓扑 (3) 2.2 buck开关型调整器拓扑分析 (3) 2.3 降压斩波电路的重要参数计算方法 (4) 2.3.1 buck调整器的效率 (4) 2.3.2 buck调整器的理想开关频率 (4) 2.3.3 输出滤波电感的选择 (5) 2.3.4 输出滤波电容的选择 (5) 3 电路设计 (6) 3.1 buck主电路设计 (6) 3.2 脉宽调制电路设计 (7) 3.3 MOS管驱动电路设计 (8) 3.4 系统工作总电路 (8) 4 Matlab建模仿真及分析 (9) 4.1 Matlab仿真模型的建立 (9) 4.2 Matlab仿真结果及分析 (10) 结束语 (14) 参考文献 (15)
课程设计报告 题目某温度控制系统的MATLAB仿真（题目C）
过程控制课程设计任务书 题目C ：某温度控制系统的MATLAB 仿真 一、 系统概况： 设某温度控制系统方块图如图： 图中G c (s)、G v (s)、G o (s)、G m (s)、分别为调节器、执行器、过程对象及温度变送器的传递函数；，且电动温度变送器测量范围（量程）为50～100O C 、输出信号为4～20mA 。G f (s)为干扰通道的传递函数。 二、系统参数 二、 要求： 1、分别建立仿真结构图，进行以下仿真，并求出主要性能指标： (1)控制器为比例控制，其比例度分别为δ＝10％、20％、50％、100％、200％时，系统广义对象输出z(t)的过渡过程； (2)控制器为比例积分控制，其比例度δ＝20％，积分时间分别为T I ＝1min 、3min 、5min 、10min 时，z(t)的过渡过程； 0m v o 0f o o =5min =2.5min =1.5(kg/min)/mA =5.4C/(kg/min) =0.8 C C T T K K K x(t)=80f(t)=10； ；；； ；给定值； 阶跃扰动
(3)控制器为比例积分微分控制，其比例度δ＝10％，积分时间T I＝5min，微分时间T D = 0.2min时，z(t)的过渡过程。 2、对以上仿真结果进行分析比对，得出结论。 3、撰写设计报告。 注：调节器比例带δ的说明 比例控制规律的输出p(t)与输入偏差信号e(t)之间的关系为 式中，K c叫作控制器的比例系数。 在过程控制仪表中，一般用比例度δ来表示比例控制作用的强弱。比例度δ定义为 式中，(z max-z min)为控制器输入信号的变化范围，即量程；(p max-p min)为控制器输出信号的变化范围。 = c p(t)K e(t) max min ( ) =100% ) max min e z z p(p-p δ - ?
学号 天津城建大学 控制系统仿真 大作业 直流升压变换器的MATLAB仿真 学生姓名 班级 成绩 控制与机械工程学院 2014年6 月20 日
目录 一、绪论1 二、仿真电路原理图及原理1 三、所使用的Matlab工具箱与模块库2 四、模块参数设定2 五、模块封装与仿真框图搭建2 六、仿真结果6 七、结论6 八、参考文献7
一、绪论 在电力电子技术中，将直流电的一种电压值通过电力电子变换装置变换为另一种固定或可调电压值的变换，成为直流-直流变换。直流变换的用途非常广泛，包括直流电动机传动、开关电源、单相功率因数校正，以及用于其它领域的交直流电源。 根据电力电子技术原理，升压式（Boost ）斩波器的输出电压0u 高于输入电源电压s u ，控制开关与负载并联连接，与负载并联的滤波电容必须足够大，以保证输出电压恒定，储能电感也要很大，以保证向负载提供足够的能量。 若升压式斩波器的开关导通时间on t ，关断时间off t ，开关工作周期off on t t T +=。定义占空比或导通比/T t D on =，定义升压比S o /U U =α。根据电力电子技术的原理，理论上电 感储能与释放能量相等，有s s off o u 1 u t T β = = U ，升压比的倒数T t 1 off = = α β。还有，1D =+β 。由此可见，当s u 一定时，改变 β就可以调节0u 。当const T =时，调β就 是调off t ，或调on t 也是调β，也就改变了0u ，这就是升压式斩波器的升压工作原理。 二、仿真电路原理图及原理 原理图如图1所示：假设L 值、C 值很大，V 通时，E 向L 充电，充电电流恒为1 I ，同时C 的电压向负载供电，因C 值很大，输出电压0u 为恒值，记为0u 。设V 通的时间为on t ，此阶段L 上积蓄的能量为on 1t EI 。 图1 V 断时，E 和L 共同向C 充电并向负载R 供电。设V 断的时间为off t ，则此期间电感L 释放能量为 ()off 10t I E -u ，稳态时，一个周期T 中L 积蓄能量与释放能量能量相等。化简得 ()off 10on 1t I E -u t EI =，E t T E t t t off off off on o =+=U ，1T/t off ≥，输出电压高于电源电
动态系统建模仿真 实验报告（2）四旋翼飞行器仿真 姓名： 学号： 指导教师： 院系： 2014.12.28
1实验内容 基于Simulink建立四旋翼飞行器的悬停控制回路，实现飞行器的悬停控制； 建立GUI界面，能够输入参数并绘制运动轨迹； 基于VR Toolbox建立3D动画场景，能够模拟飞行器的运动轨迹。 2实验目的 通过在Matlab 环境中对四旋翼飞行器进行系统建模，使掌握以下内容：四旋翼飞行器的建模和控制方法 在Matlab下快速建立虚拟可视化环境的方法。 3实验器材 硬件：PC机。 工具软件：操作系统：Windows系列；软件工具：MATLAB及simulink。 4实验原理 4.1四旋翼飞行器 四旋翼飞行器通过四个螺旋桨产生的升力实现飞行，原理与直升机类似。四个旋翼位于一个几何对称的十字支架前，后，左，右四端，如图 1 所示。旋翼由电机控制；整个飞行器依靠改变每个电机的转速来实现飞行姿态控制。 图1四旋翼飞行器旋转方向示意图
在图 1 中， 前端旋翼 1 和后端旋翼 3 逆时针旋转， 而左端旋翼 2 和右端的旋翼 4 顺时针旋转， 以平衡旋翼旋转所产生的反扭转矩。 由此可知， 悬停时， 四只旋翼的转速应该相等，以相互抵消反扭力矩；同时等量地增大或减小四只旋翼的转速，会引起上升或下降运动；增大某一只旋翼的转速，同时等量地减小同组另一只旋翼的转速，则产生俯仰、横滚运动；增大某一组旋翼的转速，同时等量减小另一组旋翼的转速，将产生偏航运动。 4.2建模分析 四旋翼飞行器受力分析,如图 2 所示 图2四旋翼飞行器受力分析示意图 旋翼机体所受外力和力矩为： 重力mg , 机体受到重力沿w z -方向； 四个旋翼旋转所产生的升力i F (i= 1 , 2 , 3 , 4)，旋翼升力沿b z 方向； 旋翼旋转会产生扭转力矩i M (i= 1 , 2 , 3 , 4)。i M 垂直于叶片的旋翼平面，与旋转矢量相反。 力模型为：2i F i F k ω= ，旋翼通过螺旋桨产生升力。F k 是电机转动力系数， 可取826.1110/N rpm -?，i ω为电机转速。旋翼旋转产生旋转力矩Mi(i=1,2,3,4)，
银河航空航天大学 课程设计 （论文） 题目复杂过程控制系统设计与Simulink仿 真 班级 学号 学生姓名 指导教师
目录 0. 前言 (1) 1. 总体方案设计 (2) 2. 三种系统结构和原理 (3) 2.1 串级控制系统 (3) 2.2 前馈控制系统 (3) 2.3 解耦控制系统 (4) 3. 建立Simulink模型 (5) 3.1 串级 (5) 3.2 前馈 (5) 3.3 解耦 (7) 4. 课设小结及进一步思想 (15) 参考文献 (15) 附录设备清单 (16)
复杂过程控制系统设计与Simulink仿真 姬晓龙银河航空航天大学自动化分校 摘要：本文主要针对串级、前馈、解耦三种复杂过程控制系统进行设计，以此来深化对复杂过程控制系统的理解，体会复杂过程控制系统在工业生产中对提高产品产量、质量和生产效率的重要作用。建立Simulink模型，学习在工业过程中进行系统分析和参数整定的方法，为毕业设计对模型进行仿真分析及过程参数整定做准备。 关键字：串级；前馈；解耦；建模；Simulink。 0.前言 单回路控制系统解决了工业过程自动化中的大量的参数定制控制问题，在大多数情况下这种简单系统能满足生产工艺的要求。但随着现代工业生产过程的发展，对产品的产量、质量，对提高生产效率、降耗节能以及环境保护提出了更高的要求，这便使工业生产过程对操作条件要求更加严格、对工艺参数要求更加苛刻，从而对控制系统的精度和功能要求更高。为此，需要在单回路的基础上，采取其它措施，组成比单回路系统“复杂”一些的控制系统，如串级控制（双闭环控制）、前馈控制大滞后系统控制（补偿控制）、比值控制（特殊的多变量控制）、分程与选择控制（非线性切换控制）、多变量解耦控制（多输入多输出解耦控制）等等。从结构上看，这些控制系统由两个以上的回路构成，相比单回路系统要多一个以上的测量变送器或调节器，以便完成复杂的或特殊的控制任务。这类控制系统就称为“复杂过程控制系统”，以区别于单回路系统这样简单的过程控制系统。 计算机仿真是在计算机上建立仿真模型，模拟实际系统随时间变化的过程。通过对过程仿真的分析，得到被仿真系统的动态特性。过程控制系统计算机仿真，为流程工业控制系统的分析、设计、控制、优化和决策提供了依据。同时作为对先进控制策略的一种检验，仿真研究也是必不可少的步骤。控制系统的计算机仿真是一门涉及到控制理论、计算机数学与计算机技术的综合性学科。控制系统仿真是以控制系统的模型为基础，主要用数学模型代替实际控制系统，以计算机为工具，对控制系统进行实验和研究的一种方法。在进行计算机仿真时，十分耗费时间与精力的是编制与修改仿真程序。随着系统规模的越来越大，先进过程控制的出现，就需要行的功能强大的仿真平台Math Works公司为MATLAB提供了控制系统模型图形输入与仿真工具Simulink，这为过程控制系统设计与参数整定的计算与仿真提供了一个强有力的工具，使过程控制系统的设计与整定发生了革命性的变化。
目录 绪论 (3) 一．降压斩波电路 (6) 二．直流斩波电路工作原理及输出输入关系 (12) 三．D c／D C变换器的设计 (18) 四．测试结果 (19) 五．直流斩波电路的建模与仿真 (29) 六．课设体会与总结 (30) 七．参考文献 (31)
绪论 1. 电力电子技术的内容 电力电子学,又称功率电子学(Power Electronics)。它主要研究各种电力电子器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或装置，以完成对电能的变换和控制。 它既是电子学在强电(高电压、大电流)或电工领域的一个分支，又是电工学在弱电(低电压、小电流)或电子领域的一个分支，或者说是强弱电相结合的新科学。电力电子学是横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科。 电有直流(DC)和交流(AC)两大类。前者有电压幅值和极性的不同，后者除电压幅值和极性外，还有频率和相位的差别。 实际应用中，常常需要在两种电能之间，或对同种电能的一个或多个参数(如电压，电流，频率和功率因数等)进行变换。 变换器共有四种类型： 交流-直流(AC-DC)变换：将交流电转换为直流电。 直流-交流(DC-AC)变换：将直流电转换为交流电。这是与整流相反的变换，也称为逆变。当输出接电网时，称之为有源逆变；当输出接负载时，称之为无源逆变。 交-交(AC-AC)变换，将交流电能的参数(幅值或频率)加以变换。其中：改变交流电压
有效值称为交流调压；将工频交流电直接转换成其他频率的交流电，称为交-交变频。直流-直流(DC-DC)变换，将恒定直流变成断续脉冲输出，以改变其平均值。 2. 电力电子技术的发展 在有电力电子器件以前，电能转换是依靠旋转机组来实现的。与这些旋转式的交流机组比较,利用电力电子器件组成的静止的电能变换器,具有体积小、重量轻、无机械噪声和磨损、效率高、易于控制、响应快及使用方便等优点。 1957年第一只晶闸管—也称可控硅(SCR)问世后，因此,自20世纪60年代开始进入了晶闸管时代。 70年代以后，出现了通和断或开和关都能控制的全控型电力电子器件(亦称自关断型器件)，如：门极可关断晶闸管(GTO)、双极型功率晶体管(BJT/ GTR)、功率场效应晶体管(P-MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等。 控制电路经历了由分立元件到集成电路的发展阶段。现在已有专为各种控制功能设计的专用集成电路，使变换器的控制电路大为简化。 微处理器和微型计算机的引入，特别是它们的位数成倍增加，运算速度不断提高，功能不断完善，使控制技术发生了根本的变化，使控制不仅依赖硬件电路，而且可利用软件编程，既方便又灵活。 各种新颖、复杂的控制策略和方案得到实现，并具有自诊断功能，并具有智能化的功能。将新的控制理论和方法应用在变换器中。 综上所述可以看出，微电子技术、电力电子器件和控制理论则是现代电力电子技术的发展动力。 3.电力电子技术的重要作用 (1) 优化电能使用。通过电力电子技术对电能的处理，使电能的使用达到合理、高效
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四旋翼飞行器建模、控制与仿真 作者：杨庆华， 宋召青， 时磊， YANG Qing-hua， SONG Zhao-qing， SHI Lei 作者单位：杨庆华,YANG Qing-hua(海装驻西安地区军事代表局,西安,710054)， 宋召青,SONG Zhao-qing(海军航空工程学院,控制工程系,山东,烟台264001)， 时磊,SHI Lei(防空兵指挥学院 作战指挥系,郑州,450052) 刊名： 海军航空工程学院学报 英文刊名：JOURNAL OF NAVAL AERONAUTICAL ENGINEERING INSTITUTE 年，卷(期)：2009，24(5) 被引用次数：0次 参考文献(6条) 1.张天光.王秀萍.王丽霞捷联惯性导航技术 2007 2.钱杏芳.林瑞雄.赵亚男导弹飞行力学 2006 3.BOUABDELLAH S.SIEGWART R Backstepping and sliding mode techniques applied to an indoor micro quadrotor 2005 4.MOKHTARI A.BENALLEGUE A.BELAIDI A Polynomial linear quadratic Gaussian and sliding mode observer for a quadrotor unmanned aerial vehicle 2005(04) 5.BOUADI H.BOUCHOUCHA M.TADJINE M Sliding Mode Control based on Backstepping 2008(01) 6.BENCHAIB A.BOUDJEMA F.RACHID A Sliding mode flux observer based on backstepping approach for induction motor 1998 相似文献(2条) 1.学位论文周权四旋翼飞行平台飞行控制和惯性导航研究2008 微小型四旋翼飞行器是一种外型新颖，可垂直起降，通过改变四个桨的转速来进行飞行控制的特殊无人机。但它是一个非线性、多变量、高度耦合的欠驱动（四个PWM输入，六个自由度）系统，在其飞行时，受到气流、重力、陀螺效应和旋翼惯量矩等的影响，因此，要想实现稳定控制是比较困难的。为了研究四旋翼飞行器的控制规律，本文构建了四旋翼飞行试验平台，就悬停和低速水平飞行状态下的飞行控制和惯性导航进行了探索性研究。
首先选择合适的材料与元器件，制作了一架四旋翼飞行平台，测试了关键部件的性能。分别采用合适的试验方案测试转子升力、转速与PWM信号之间的关系，并对单通道进行系留试验，取得了较好的结果。
本文利用四旋翼飞行平台动力学原理，建立了基于VC++语言仿真的动力学模型。对飞行平台的高度阶跃响应和水平位移阶跃响应进行了仿真。根据仿真结果，分析了四个PWM的变化与飞行平台加速度的变化。根据单通道的受力分析，建立了单通道复数域数学模型。通过SIMULINK仿真研究，得到了各控制参数对控制系统的影响。然后将欧拉法应用于惯性导航，并试验验证了欧拉法计算姿态。简单分析了GPS定位原理与GPS/INS组合导航的方法。
最后对四旋翼飞行平台进行多次飞行试验，根据试验结果，调整控制参数和改进飞行平台结构，最终取得了初步的飞行成功。 2.学位论文黄牧基于反步法的微型四旋翼无人飞行器非线性自适应控制研究2009 无人机通常指无人驾驶、可以自主飞行或遥控操作、利用空气动力承载飞行并可回收重复使用的飞行器，主要包括固定翼式和旋翼式两类。
固定翼无人飞行器的技术已经比较成熟，并在实际应用中取得重大成功；和固定翼飞行器相比较，旋翼无人飞行器具有很多优势：比如能够适应各种环境；具备自主起飞和着陆能力，高度智能化：能以悬停、前飞、侧飞和倒飞等各种姿态飞行；但是旋翼无人飞行器因动力学特性远比固定翼飞行器复杂，发展就相对缓慢得多。近年来，旋翼无人机因其巨大的军用和民用价值，迅速成为控制领域内的研究热点。
四旋翼无人飞行器是一种常见的旋翼飞行器，其模型具有高度非线性、状态耦合、欠驱动等特点，飞行控制设计比较困难。本文的主要任务是在分析四旋翼无人飞行器动态特性的基础上，采用反步法结合非线性自适应控制进行控制器设计，使四旋翼飞行器保持稳定的飞行状态，并且位置输出和偏航角能够跟踪期望轨迹；主要内容如下：
第一，本文对四旋翼无人飞行器进行了建模；但是四旋翼无人飞行器动力学特性复杂，空气动力学系数容易变化，系统可能包含未知信息和噪声，所以其动力学模型中存在不确定性；这使控制器的设计变的更加困难。
第二，本文采用反步法和自适应控制设计控制器，使四旋翼飞行器系统保持了稳定。为了便于反步设计，本文把四旋翼模型划分为四个子系统；第一个是欠驱动子系统，表示系统关于水平位置，滚动角和偏航角的动力学方程；第二个和第三个是全驱动子系统，表示系统关于偏航角和垂直位置的动力学方程；第四个子系统是关于推进力的动力学方程。在完成控制设计之后，本文利用基于Lyapunov稳定性理论的分析方法，证明了论文中提出的非线性自适应控制能够保证闭环系统的稳定，并在飞行器质量参数未知条件下，实现了水平位置、垂直位置以及偏航角的渐近稳定轨迹跟踪。
最后，本文用MATLAB对四旋翼无人飞行器控制系统进行了仿真；仿真结果验证了使用反步法结合自适应控制能够使系统的位置输出和偏航角追踪期望轨迹，同时保持了滚动角和俯仰角的稳定。
本文的创新之处是设计了基于反步法的自适应控制器，解决了质量未知的情况下四旋翼无人飞行器的轨迹追踪问题，并保证了系统稳定和跟踪误差收敛。 本文链接：https://www.doczj.com/doc/6b1676094.html,/Periodical_hjhkgcxyxb200905006.aspx 授权使用：李建平(wfnchkdx)，授权号：e7083126-c414-4535-9e0d-9e9e00bddb36